Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження»: збірник наукових праць, № 2 (24)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Залежність швидкості знекиснення води від концентрації метабісульфіту натрію в присутності іонів заліза(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Гомеля, Микола Дмитрович; Носачова, Юлія Вікторівна; Шаблій, Тетяна ОлександрівнаДосліджено процеси знекиснення води при використанні метабісульфіту натрію в присутності катіонів заліза. Показано, що швидкість знекиснення води в статичних умовах залежить від концентрації сульфіт-іонів та концентрації іонів заліза. Залізо, яке використовували в концентраціях від 0,1 до 0,5 мг/дм3 в даному процесі є каталізатором. В роботі показано, що процес окиснення сульфіт-іонів досить чутливий як до концентрації відновника, так і до вмісту каталізатора. Механізм зв’язування кисню залежить від концентрації відновника та від вмісту каталізатора. За низьких концентрації відновника та каталізатора при вихідній концентрації кисню у воді на рівні 6,6 мг швидкість реакції зв’язування кисню залежить як від концентрації компонентів, так і від концентрації каталізатора. Тому реалізуються процеси окиснення сульфіт-іонів третього порядку. З підвищенням концентрації сульфіту в залежності від концентрації каталізатора реалізуються процеси 2-го та 1-го порядків. За нижчих концентрації заліза швидкість процесу залежить від концентрації кисню та концентрації відновника (процеси 2-го порядку), за вищих концентрацій заліза швидкість процесу визначається концентрацією визначається концентрацією кисню (процес 1-го порядку).Документ Відкритий доступ Особливості реакції різних ланок ґрунтової мікробіоти на нафтове забруднення(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Вембер, Валерія Володимирівна; Лавриненко, Олена Миколаївна; Бондаренко, Михайло АндрійовичНафта та її похідні є одними з найбільш небезпечних забруднювачів навколишнього середовища, що можуть впливати на всі етапи техногенного впливу на екосистеми. Особливу загрозу вони становлять для ґрунтів, які відіграють ключову роль у біогеохімічних кругообігах і підтримці екологічної рівноваги. Усвідомлення характеру змін, які відбуваються у ґрунтовому середовищі під впливом різних концентрацій нафти, а також реакцій ґрунтових мікроорганізмів на ці зміни, є надзвичайно важливим для адекватного оцінювання стану ґрунтових екосистем та обґрунтування вибору ефективних технологій ремедіації. Метою даної роботи було дослідити реакцію представників ґрунтової мікробіоти, зокрема різних фізіологічних груп бактерій і мікроскопічних грибів, на нафтове забруднення у широкому концентраційному діапазоні. Експериментальні дослідження проводилися на зразках ґрунтів, до яких додавали нафту в концентраціях 1; 5; 10; 50; 100; 200; 300 та 500 см³/кг. Аналіз результатів показав, що при підвищенні концентрації нафти до 100 см³/кг спостерігалося достовірне лінійне зростання чисельності мікроорганізмів різних екологічних та фізіологічних груп. Однак при подальшому зростанні нафтового навантаження спостерігалося пригнічення мікробної активності — чисельність бактерій значно знижувалася, за винятком вуглеводнеокиснювальних форм, які демонстрували відносну стійкість. При концентрації нафти 500 см³/кг ґрунтова мікрофлора була майже повністю пригнічена, і домінуючими залишалися лише спороутворюючі та вуглеводнеокиснювальні бактерії, здатні до виживання в умовах токсичного навантаження. Мікроскопічні гриби відрізнялися від бактерій своєю чутливістю на ранніх етапах забруднення: при концентраціях 10–100 см³/кг їх чисельність, за показником КУО, значно зменшувалася. Водночас, у діапазоні високих концентрацій кількість грибів залишалася на стабільному рівні, і при максимальному нафтовому навантаженні (500 см³/кг) вдвічі перевищувала чисельність бактеріальних клітин. Це може свідчити про наявність у частини мікроміцетів адаптаційних механізмів до екстремальних умов нафтового забруднення.Документ Відкритий доступ Стратегія мінімізації екологічних ризиків від ПрАТ «Укрграфіт» в контексті сталого розвитку(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Вагін, Андрій Вікторович; Іваненко, Олена Іванівна; Панов, Євген Миколайович; Іванюта, Сергій Петрович; Мартинюк, Артем СергійовичДослідження спрямоване на аналіз рівня забруднення атмосфери підприємством ПрАТ «Укрграфіт», визначення канцерогенних та неканцерогенних ризиків для здоров’я населення, а також розробка рекомендацій щодо мінімізації шкідливого впливу в умовах сталого розвитку та поствоєнного відновлення промислового сектору. Об’єктом дослідження є вплив викидів забруднюючих речовин ПрАТ «Укрграфіт» на навколишнє середовище в м. Запоріжжя. Математичне моделювання розсіювання викидів виконувалося за допомогою програмного середовища у ISC-AERMOD View. Оцінка ризиків для здоров’я населення проводилася відповідно до методології оцінки ризику для здоров’я населення (Human Health Risk Assessment). Для визначення оптимальних шляхів мінімізації забруднення було здійснено порівняльний аналіз міжнародного досвіду впровадження екологічних технологій у вуглеграфітовій промисловості. Результати дослідження показали, що одною з найбільш вагомих забруднюючих речовин викидів ПрАТ «Укрграфіт» є пил недиференційований за складом (НДЗС), зокрема, суспендовані частинки PM10 і PM2.5. Загальний обсяг викидів дисперсних частинок 250,76 т/рік. При моделюванні інгаляційного впливу пріоритетних забруднюючих речовин у 80 рецепторних вузлах і 11 контрольних точках не зафіксовано перевищень допустимих рівнів концентрацій. Перевищення мінімального рівня сумарного неканцерогенного ризику (НІ) від викидів усіх пріоритезованих забруднюючих речовин у вузлах рецепторної сітки та контрольних точках за умови гострого інгаляційного впливу спостерігаються на відстані 500 м в усіх напрямках за румбами сторін світу, окрім західного та північно-західного напрямків. Коефіцієнти небезпеки (HQ) для окремих речовин не перевищували рівень HQ ≤1, що свідчить про мінімальний ризик для здоров’я населення. Канцерогенний ризик, обумовлений присутністю бенз(а)пірену, оцінено на рівні ICRtotal <1×10-6, що відповідає мінімальному ризику згідно класифікації Всесвітньої організації охорони здоров’я (ВООЗ). Рівні індивідуального ризику смерті (IRM) від впливу твердих частинок PM10 у рецепторних вузлах та контрольних точках відповідає умовно прийнятному ризику, що потребує постійного контролю. Аналіз концентрацій забруднюючих речовин у приземному шарі атмосфери не виявив значних перевищень допустимих норм, проте показав потенційний вплив на стан здоров’я населення, яке проживає в зоні впливу підприємства. Це підкреслює необхідність підвищення ефективності екологічного контролю та вдосконалення газоочисних систем підприємства для забезпечення сталого розвитку та зменшення техногенного навантаження на довкілля. Для мінімізації негативного впливу підприємства запропоновано комплекс заходів, які включають модернізацію газоочисних систем, посилення екологічного моніторингу та адаптацію до міжнародних екологічних стандартів. Впровадження регенеративного термічного окислення (РТО) дозволить знизити концентрацію органічних сполук у викидах на 90 %. Додаткове встановлення рукавних фільтрів сприятиме зменшенню рівня твердих частинок PM10 та PM2.5 на 99 %. Для забезпечення прозорості екологічного моніторингу необхідно розширити мережу автоматизованих постів контролю якості повітря, що дозволить в реальному часі отримувати дані про рівень забруднення та оперативно вживати відповідні заходи. Запропоновані заходи дозволять суттєво знизити рівень забруднення та адаптувати підприємство до міжнародних екологічних стандартів, сприяючи сталому розвитку промислового сектора України.Документ Відкритий доступ Оцінка ефективності переробки розчинів хлориду натрію електродіалізом в трикамерному електролізері при використанні високоосновного аніоніту(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Гомеля, Микола Дмитрович; Крижановська, Яна Павлівна; Макаренко, Ірина Миколаївна; Шаблій, Тетяна Олександрівна; Кирилюк, Олександр СтепановичДосліджено процеси переробки розчинів хлориду натрію, близьких за складом до концентратів зворотньоосмотичного знесолення води електродіалізом у трикамерному електролізері при використанні катіонної мембрани МА-40 та аніонної мембрани МА-41. Катодна камера заповнена розчином лугу концентрацією 50 мг-екв/дм3, анодна камера заповнена розчином хлориду натрію та високоосновним аніонітом АВ-17-8, робоча – розчином хлориду натрію. Показано, що ефективність окислення хлоридів зростає при підвищенні їх концентрації, збільшенні часу електролізу. Процес електролізу проходить з утворенням активного хлору та гіпохлориту. Крім даних речовин можливе утворення хлориту, хлорату та діоксиду хлору. Дегазація активного хлору та діоксиду хлору призводить до значних втрат окислених сполук хлору та до зниження виходу за струмом даних продуктів. Процес супроводжується суттєвим підкисленням аноліту, що сприяє прискоренню дегазації активного хлору, зниженню його виходу за струмом, зниженню інтенсивності дифузії хлоридів з робочої камери в анодну зону. Зменшенню втрат окислених сполук хлору сприяє використання високоосновного аніоніту який сорбує гіпохлорит-аніони, а також, в разі утворення, хлорит- та хлорат-аніониДокумент Відкритий доступ Моделювання об’єктів з розподіленими параметрами в середовищі COMSOL Multiphysics(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Тріщ, Віталій Русланович; Ковалюк, Дмитро ОлександровичУ статті розглянуто математичне моделювання процесу три-риформінгу метану (ТРМ) на основі феномену консервативно-збуреної рівноваги (CPE). Запропоновано комплексний підхід до моделювання реактора ТРМ в середовищі COMSOL Multiphysics з інтеграцією даних, отриманих у DWSIM та MATLAB. Отримано та досліджено модель реактора ідеального витіснення як об’єкту з розподіленими параметрами, що враховує тепломасообмінні процеси та кінетику хімічних реакцій. Продемонстровано досягнення надрівноважних концентрацій цільового продукту у перехідних CPE-режимах, що суттєво підвищує ефективність процесу. На основі отриманих температурних профілів та аналізу розподілу потоків розроблено стратегію автоматизованого керування реактором, спрямовану на підтримку оптимальних умов проведення реакцій. Встановлено, що застосування запропонованого підходу забезпечує стабільний температурний режим без різких перепадів температур по довжині реактора, що сприяє підвищенню продуктивності та енергоефективності процесу. Отримані результати мають практичне значення для автоматизації складних термохімічних систем з розподіленими параметрами та оптимізації їх температурних режимів.Документ Відкритий доступ Прикладне застосування стрічки Мебіуса (Огляд)(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Мікульонок, Ігор Олегович; Лукінюк, Михайло ВасильовичОднією з найважливіших характеристик різноманітних машин, апаратів, пристроїв і конструкцій, а також їхніх елементів є геометрична форма, що особливо проявляється в машинобудуванні, аеро- й гідродинаміці, тепло- й масообміні. Одним з геометричних об’єктів, що мають унікальні властивості, є стрічка Мебіуса (смужка, лист, кільце, петля Мебіуса) – топологічний об’єкт, який є найпростішою неорієнтованою поверхнею з однією стороною та одним краєм. Основною перевагою стрічки Мебіуса є саме наявність у ній однієї поверхні, що достатньо широко використовується в найрізноманітніших сферах людського життя, і насамперед у техніці й технології. Стрічка Мебіуса знайшла своє застосування в машино- та приладобудуванні, на транспорті, в хімічній технології й споріднених галузях промисловості, теплоенергетиці, відновлюваній енергетиці, будівництві, легкій промисловості, сільському господарстві, аерокосмічній і військовій техніці, електроніці, радіотехніці, комп’ютерній техніці, медицині, рекламній та ювелірній справах, сфері розваг і відпочинку, засобах особистої гігієни, а також у побуті. У розробленні інноваційних технічних рішень використання стрічки Мебіуса в різних галузях економіки та побуті може надати суттєву допомогу не лише наявний більше як півторастолітній досвід науковців, інженерів і винахідників у цьому питанні, але й унікальні можливості штучного інтелекту. Ключові слова: топологія, геометричні фігури, неорієнтована поверхня, одностороння поверхня, стрічка Мебіуса, інженерія, прикладне застосування DOI: 10.20535/2617-9741.2.2025.333973 *Corresponding author: i.mikulionok@kpi.ua Received 06 April 2025; Accepted 24 April 2025 Постановка проблеми. Однією з найважливіших характеристик елементів різноманітних машин, апаратів, пристроїв і конструкцій є їхня геометрична форма. Особливого значення форма твердих тіл відіграє в аеро- і гідродинаміці [1, 2], теплообміні [3–5], масообміні [6–9], а також у конструктивно-технологічному оформленні інших процесів хімічної, харчової, мікробіологічної, нафтохімічної, нафтопереробної та споріднених з ними галузях промисловості [10–15]. Одним з можливо не дуже привабливих на вигляд, але дивовижних з точки зору властивостей геометричних об’єктів є стрічка Мебіуса (смужка, лист, кільце, петля Мебіуса) – топологічний (тобто неперервний) об’єкт, який є найпростішою неорієнтованою поверхнею з однією стороною та одним краєм. Основною перевагою стрічки Мебіуса є саме її «односторонність», і саме ця її властивість достатньо широко використовується в найрізноманітніших сферах людського життя, і насамперед у техніці й технології. Аналіз попередніх досліджень...На запитання «Скільки поверхонь має аркуш письмового паперу?» на особу, що ставить таке дивне запитання, можуть подивитися з деякою підозрою, адже кожна розсудлива людина знає, що аркуш має дві поверхні – лицьову та зворотну. Тим не менше, якщо два протилежні краї паперового листа з’єднати між собою, взаємно повернувши їх при цьому на 180°, то отримаємо дивний результат: звичайний двосторонній плоский аркуш перетвориться на замкнену об’ємну односторонню поверхню – так званий лист Мебіуса (рис. 1) [16]. В унікальності цього, можливо, на перший погляд і не зовсім привабливого об’єкта (насамперед з точки зору симетрії), досить легко переконатися. Для цього потрібно просто взяти ручку або олівець і, не відриваючи стрижня або грифеля від поверхні стрічки, провести поздовжню безперервну лінію доти, доки вона не досягне вихідної точки. Потім, переконавшись, що лінія виконана, наприклад, на «верхній» поверхні стрічки, подивіться на його «нижню» поверхню – лінія буде й там, тобто потрапити з однієї точки цього об’єкта до будь-якої іншої можна, не перетинаючи його краю!Документ Відкритий доступ Influence of carbon nanotubes on the characteristics of polymer melt flow during extrusion of two-layer pipes(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Gurin, Roman; Gondliakh, Oleksandr; Sokolskyi, Oleksandr; Shcherbina, Valerii; Antonyuk, SergiyThis paper presents the results of numerical simulation of the extrusion process of two-layer polymer pipes in a two-dimensional axisymmetric formulation using the ANSYS Polyflow software package. The influence of the introduction of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) into polypropylene (PP) on the rheological properties of the melt and the flow characteristics in the extrusion head was investigated. The Bird-Carreau model was used to describe the viscosity of the PP/MWCNT composite, taking into account the concentrations of MWCNTs (0, 1, 2, 4, and 8 wt%). The second layer of the pipe was made of polyvinyl chloride (PVC). An analysis of the distributions of pressure, melt flow velocity, and layer thicknesses of the extruded pipe was conducted. It was found that with increasing MWCNT content, the viscosity of the PP/MWCNT composite significantly increases, leading to an increase in pressure in the extrusion head (from 91.3 kPa at 0 wt% to 28.5 MPa at 8 wt%) and affecting the layer thickness distribution: the thickness of the PP/MWCNT layer decreases from 2.49 mm to 1.70 mm, while the thickness of the PVC layer increases from 2.50 mm to 3.45 mm. The optimal concentration of MWCNTs was determined to be 2 wt%, which provides balanced rheological characteristics and stable pipe geometry (total thickness of 5.23 mm). At a concentration of 8 wt%, the PP/MWCNT layer remains intact, but its thickness becomes insufficient for practical use. The obtained data allow optimizing the composition of the polymer nanocomposite and the parameters of the extrusion process for the production of two-layer pipes with specified properties.Документ Відкритий доступ Principles of innovative seed pelleting technology(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Kornienko, Yaroslav; Marchevskiy, Victor; HaidaI, Serhii; Semenenko, DmytroThe increase in the world's population to 9 billion people is leading to an aggravation of the global food crisis. A key factor in solving this problem is the use of innovative technologies for preparing the seed fund, which will increase crop yields and consumer characteristics of the productive part of the harvest while rationally using the land fund of Ukraine, which is one of the five largest agricultural exporting countries. An analytical review of the basic methods and equipment for processing crop seeds aimed at ensuring high yields, increasing resistance to adverse agroclimatic conditions and improving consumer characteristics of products is carried out. Existing methods of pre-sowing treatment include drying, coating, encrustment, and pelleting. These processes are usually carried out in bowl-type, drum-type, or stirrer machines. Despite their widespread use, they have a number of significant drawbacks. These include an increased risk of agglomerate formation, mechanical injury of the seeds, which reduces their germination, and low heat utilization, which affects the energy efficiency of the process. To eliminate these shortcomings, an innovative seed treatment technology based on the use of an apparatus with a heterogeneous jet-pulsation mode of fluidization is proposed. This technology has a number of advantages, including reducing the risk of seed damage, ensuring uniform distribution of the coating, and a significantly higher coefficient of thermal utilization. The use of this technology allows for an efficient granulation process, which is especially important in the production of granular organic-mineral fertilizers. The research results show that the use of a fluidized bed apparatus contributes to the production of spherical granules with a layered structure. Such granules contain nutrient minerals, bone meal, and humic compounds that provide comprehensive plant nutrition. An important indicator of the process efficiency is the low dust emission factor of less than 12%. The thermal coefficient of the technology exceeds 50%, which indicates its high energy efficiency. The proposed innovative technology has high adaptive properties for a full cycle of pre-sowing seed preparation, from drying, calibration and dressing to encrustment and pelleting. This allows us to achieve high results even in unfavorable agroclimatic conditions. Innovative solutions are based on the use of the original jet-pulsation fluidization mode, which allows to increase the efficiency of heat and mass transfer in combination with intensive renewal of the phase contact surface. Due to this technology, it is possible to carry out pre-sowing preparation according to an individual program, which will help to improve the consumer characteristics of agricultural products and preserve environmental balance